显微红外光学成像系统的设计

　　本文所叙述的就是利用红外热像技术与显微技术的结合，制作一种红外显微镜。红外显微镜可以将出现故障的大规模集成电路板中数以万计的微小元器件的影像传输到计算机中，经过计算机的分析，可以很容易地分析出具体故障所在。因此，大范围电子元器件故障的快速检测将变得简单、快捷。

　　引言

　　电子设备一旦出现故障，只有进行有效的元件级维修，才能使其正常运行。随着电子技术的迅速发展，被测试系统规模的不断扩大，大规模和超大规模集成电路的广泛使用，电路板上的元器件越来越密集;并且由于电路复杂，使电路板上集成芯片(IC)级故障的实时检测越来越困难。红外热像作为新兴的非接触式测试技术，用于电路板热故障实时检测时，不会因检测不慎而使元件受损，是一种有效的检测手段。同时，对电路板的可测性设计和测试连接设备均无需提出额外要求，能在一次测试中提取电路板上所有元器件的热像，并可进行多重故障诊断^{[ 1 ]。}

　　红外显微系统是利用被测物体发出的红外射线对微小物体，如大规模集成电路板进行热成像，通过对所提取热像的分析，达到检测被观察物体工作状况的目的。红外显微镜作为一种先进的测试仪器，已被广泛的应用于各种领域。目前，红外显微镜仅在部分发达国家生产，且价格昂贵。国内的红外显微检测系统起步较晚，尚无生产红外显微镜的厂家，拥有进口红外显微镜的单位也很少。

　　1 红外热成像技术

　　背景 红外热成像技术是现代影像学的一支新军。该技术与 X 射线、B超、CT、核磁共振等显像技术的成像原理不同，它不主动发射任何射线，只是被动地接收热源的红外辐射，形成热源的热影像，是热源的表面温度分布图像。

　　红外热成像技术的主要特点是能采样分布很广的温度值，经过分析处理，最后用伪彩色的形式在显示器上显示出被测物体表面的温度分布图像。通过对该图像的分析，可直观地得到被测物的形状、大小、热分布及热稳定等特性。

　　电路板在通电时，各元器件相对于室温有一个比较稳定的温度，因此，通过红外测温传感器对电路板上各元器件的分布温度进行有效的非接触测量，并将其数据输入计算机。然后，借助于处理软件把这些元器件上的温度信息转换成伪彩色图像信息，通过显示器提供给观察者。同时，建立同一电路板工作时的标准热模式，并对电路板芯片若干故障现象进行试验。通过对实验结果的比较分析，确定传感器测量值对各诊断元件的隶属度函数，并根据隶属度来确定故障元件。